Forskere demonstrerer optisk tilbagestrømning af lys

Forskere ved Tel Aviv Universitet har for første gang demonstreret tilbagestrømningen af ​​optisk lys, der forplanter sig fremad. Fænomenet, teoretiseret for mere end 50 år siden af ​​kvantefysikere, er aldrig før blevet demonstreret med succes i noget eksperiment - indtil nu.

"Dette 'backflow'-fænomen er ret delikat og kræver udsøgt kontrol over en partikels tilstand, så dens demonstration blev forhindret i et halvt århundrede, " forklarer Dr. Alon Bahabad fra Institut for Fysisk Elektronik på TAU's School of Electrical Engineering, der ledede forskningen til undersøgelsen.

"Dette fænomen afslører en uintuitiv opførsel af et system bestående af bølger, om det er en partikel i kvantemekanikken eller en lysstråle. Vores demonstration kunne hjælpe forskere med at undersøge atmosfæren ved at udsende en laserstråle og inducere et signal, der forplanter sig bagud mod laserkilden fra et givet punkt foran laserkilden. Det er også relevant i tilfælde, hvor finkontrol af lysfelter er påkrævet i små mængder, såsom optisk mikroskopi, sensing og optisk pincet til at flytte små partikler, " siger Dr. Bahabad.

Studiet, udgivet den 16. januar i Optica , blev ledet af Dr. Bahabads kandidatstuderende Dr. Yaniv Eliezer, nu på Yale University, og Thomas Zacharias.

Lys ligner kvantepartikler, idet begge kan konstrueres ud fra interfererende bølger. Sådan en konstruktion, hvor flere bølger lægges sammen for at producere en ny bølge, er kendt som en superposition. Hvis en særlig overlejring af bølger, alle formerer sig fremad, er bygget, den overordnede bølge kan realisere det, der kaldes "optisk tilbagestrømning."

I deres holografieksperiment, forskerne splittede og samlede en laserstråle i form af lysbølger, der forplantede sig i positive vinkler i forhold til en akse. De forskellige lysstråler skulle konstrueres meget omhyggeligt, med præcise værdier for deres styrke og forsinkelse. Når superpositionen blev oprettet, en lille spalte blev sat og flyttet vinkelret på strålen for at, træde i kræft, mål strålens retning forskellige steder.

Lyset, der undslippede fra spalten, blev afsløret de fleste steder som at bevæge sig i en positiv vinkel. Men nogle steder, lyset, der undslipper spalten, forplantede sig i en negativ vinkel, selvom lyset, der ramte den anden side af spalten, bestod af en superposition af stråler, der alle forplantede sig i en positiv vinkel.

"Vi brugte holografi til at skabe en klar manifestation af tilbagestrømningseffekten, " tilføjer Dr. Bahabad. "Vi indså på et tidspunkt, at vi kan bruge en tidligere undersøgelse af vores, hvor vi opdagede det matematiske fænomen kendt som suboscillation, for at hjælpe os med at designe en lysstråle med tilbagestrømning."

"For at konkludere, hvis forstyrrende bølger, alle går i én retning, er konstrueret på en særlig måde, og du skulle måle udbredelsesretningen af ​​den samlede bølge på bestemte steder og tidspunkter, du kan bare finde, at bølgen går baglæns. Denne bølge kan beskrive en partikel ved hjælp af kvantemekanik. Denne overraskende adfærd krænker enhver intuition, som vi har fået fra vores daglige erfaring med bevægelse af makroskopiske objekter. Alligevel, den adlyder stadig naturens love."